2009年电化学知识规律总结

第1页电化学知识规律总结【知识要点】一、原电池、电解池、电镀池的比较原电池电解池电镀池定义将化学能转化成电能的装置将电能转化成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置形成条件①活泼性不同的两电极②电解质溶液③形成闭合回路①两电极接直流电源②两电极插入电解质溶液中③形成闭合回路①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极②电镀液必须含有镀层金属的离子电极名称负极：较活泼金属正极：较不活泼金属（或能导电的非金属）阳极：与电源正极相连阴极：与电源负极相连名称同电解，但有限制条件。阳极：必须是镀层金属阴极：镀件电极反应负极：氧化反应、金属失电子正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阳极：氧化反应、溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阳极：金属电极失电子阴极：电镀液中的阳离子得电子1、原电池、电解池、电镀池判断规律①若无外电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件判定，主要思路是三“看”先看电极：两种活泼性不同的金属(或其中一种非金属导体)作电极再看溶液：在电解质溶液中能自发地发生氧化还原反应。后看回路：用导线连接的两电极与电解质溶液接触并形成闭合回路。②若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池；③若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。2、构成原电池的类型（1）活泼性不同的导电材料：a.在金属——金属构成的原电池中，相对活泼的金属作负极，被氧化，生成金属阳离子；相对不活泼的金属作正极，溶液中的阳离子被还原（一般被还原为单质）。如CuSOHZn42电极反应：负极：22ZneZn正极：222HeHb.在金属——非金属构成的原电池中，非金属电极（如石墨），一般只起导电作用，故作正极，金属电极作负极，如CSOHFe42电极反应：负极：22FeeFe正极：222HeHc.在金属——金属氧化物构成的原电池中，金属氧化物中的金属元素已是最高（或较高）价态，难被第2页氧化，故作正极，并直接参与还原反应，金属电极作为负极，如OAgKOHZn2（银锌钮扣电池）：负极：OHZnOeOHZn222正极：OHAgeOHOAg22222d.用两个惰性电极作为载体的燃料电池，通有还原性气体的电极作为负极，通有氧化性气体的电极作为正极。如氢氧燃料电池。其电极为可吸附气体的惰性电极，如铂电极，活性炭等，两极分别通入2H和2O，以%40的KOH溶液为电解质溶液：负极：OHeOHH224442正极：OHeOHO44222总反应：OHOH222223、化学电源（1）干电池电极反应式为：正极（石墨）2NH4＋＋2e－＝2NH3↑＋H2↑负极（锌筒）Zn－2e－＝Zn2＋总反应式为：2NH4＋＋Zn＝2NH3↑＋H2↑＋Zn2＋（2）铅蓄电池电极反应式为：正极PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－＝PbSO4＋2H2O负极Pb＋SO42－－2e－＝PbSO4总反应式为：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O（3）锂电池电极反应式为：正极I2＋2e－＝2I－负极2Li－2e－＝2Li＋总反应式为：I2＋2Li＝2LiI（4）燃料电池：以氢氧燃料电池为例总反应式为：2H2＋O2＝2H2O注意：①电极反应——分别在负极和正极进行的氧化和还原反应叫做电极反应。②电池反应——电极反应的总反应叫做总电池反应或电池反应。书写时，将两个电极反应式相加，消去得失电子，即得。③书写电极反应时，要确定正负极，弄清正负极上的反应，保证原子守恒、电荷守恒和不忽视介质参与反应，弱电解质、气体、或难溶物以分子形式表示，其余以离子符号表示举例：原电池（－）CH4|KOH（aq）|O2（＋）负极CH4＋10OH－－8e－＝CO32－＋7H2O第3页正极2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－原电池总反应CH4＋2O2＋2OH－＝CO32－＋3H2O4、金属的腐蚀和防护（1）金属的腐蚀：分化学腐蚀和电化学腐蚀两种化学腐蚀电化学腐蚀含义金属或合金直接与具有腐蚀性的物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程电子得失金属直接把电子转移给有氧化性的物质其中的活泼金属将电子间接转移给氧化性较强的物质电流无电流产生有微弱电流产生腐蚀现象金属被氧化损耗其中较活泼的金属被氧化损耗实例金属与O2、Cl2等物质直接反应钢铁在潮湿的空气中被腐蚀（2）钢铁的电化腐蚀原理钢铁在干燥空气中长时间不易腐蚀，但在潮湿的空气里易被腐蚀。原因是，钢铁表面会吸附一层水膜，这层水膜中含有少量的H＋、OH－，还溶解了少量的CO2、O2等，即在钢铁表面形成了一层电解质溶液，构成了原电池①吸氧腐蚀：负极：2Fe－4e－＝2Fe2＋正极：2H2O＋O2＋4e－＝4OH－（此时电解质溶液酸性较弱、中性、或碱性）总反应：2H2O＋O2＋2Fe＝2Fe(OH)2在空气中4Fe（OH）2＋2H2O＋O2＝4Fe（OH）3，Fe（OH）3失水而成铁锈Fe2O3·xH2O②析氢腐蚀：负极：Fe－2e－＝Fe2＋正极：2H+＋2e－＝H2↑（此时电解质溶液酸性较强）总反应：2H＋＋Fe＝Fe2＋H2↑注意：①一般情况下，以吸氧腐蚀为主。②吸氧腐蚀和析氢腐蚀的主要区别在于正极反应。（3）金属的防护：金属的腐蚀主要是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，只要减少形成原电池3条件中的一个，就可防止原电池反应的发生。①内因——改变金属内部结构。②外因——采用适当方法将金属与介质（主要指电解质溶液）隔离，如喷漆、涂油、电镀、表面钝化等。③电化学保护法：如船体外壳嵌锌，将钢铁外壳与锌人为的构成原电池，腐蚀锌，保护船体。或外加电源，使被保护的金属与电源的负极相连，成为阴极而被保护。二、电极产物的判断规律总结离子的放电顺序与金属或非金属的活泼性有关，金属越活泼，其阳离子在电极上得电子被还原就越困难；非金属越活泼，其阴离子在电极上失电子被氧化也越困难（符合正易逆难规律）。1、阴极：(阴极电极材料的本身受到保护，不参与反应)应是溶液中较易得电子的阳离子在阴极上得电子而被还原，阳离子在阴极的放电（即离子的氧化性）顺序：NaMgAlZnFeSnPb)H(CuFeAg232222232CaK。当此放电顺序适用于阳离子浓度相差不大时，顺序要有相应的变动(当溶液中H+只来自于水电离时，H+的放电顺序介于A13+和Zn2+之间)。第4页2、阳极：①如果用惰性电极(如Pt、Au、石墨等)做阳极，则溶液中较易失电子的阴离子在阳极上失电子而被氧化。②如果用活泼金属做阳极，则阳极依金属活泼性强弱的顺序本身失电子被氧化成为阳离子进入溶液，阴离子在阳极的放电（即离子的还原性）顺序：OHClBrIS2含氧酸根离子F3、用惰性电极电解电解质溶液的反应规律及溶液的变化惰性电极的材料通常是石墨（C）或铂（Pt），因其性质非常稳定，很难失去电子，因此本身不参与电极反应。如何准确地写出用惰性电极电解电解质溶液时的反应方程式并判断溶液的变化呢？可以按离子的放电顺序将所有的阴、阳离子分为四个部分：IVFIIIOHClBrISII...AgFeCuIH...MgNaCaK23222含氧酸根离子这样很容易得出以下规律：电解质电解类型电极反应特点实例电解物质电解质溶液浓度pH变化电解质溶液复原I、IV离子组成电解水型阴极：2H2e4H4阳极：22OOH2e4OH4NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水II、III离子组成电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大HClCuCl2电解质减小—CuCl2I、III离子组成放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大HClII、IV离子组成放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小CuO实际上I、IV中的离子（除H、OH）在水溶液中一般不考虑放电，因为水电离出的H、OH的放电能力比它们强。溶液的复原就按溶液“少啥补啥”，如用惰性电极电解3AgNO溶液时两极分别产生molAg1、2molO25.0，则Ag与O的物质的量之比为2：1，所以加入OAg2可使溶液复原。三、用惰性电极电解盐AmBn溶液的有关计算时常用的关系式1、认识“荷”平使者H2O——维护溶液中的“荷”平当只有An+放电时，水向溶液中补充同量的H+：An+~nH+当只有Bm-放电时，水向溶液中补充同量的OH-：Bm-~mOH-当An+、Bm-都放电时，水分子不管“闲事”第5页当An+、Bm-都不放电时，水分子电离出的H+、OH-分别在阴阳极放电2、常用于计算的两个关系式（1）当只有An+放电时，An+~nH+~nH2O~—O2关系式意义为：1个An+在阴极放电生成A单质，则溶液中由水补充n个H+（另n个OH-在阳极放电生成n/4个O2分子），同时消耗n个水分子，并在阳极产生n/4个O2分子（∵阴阳两极转移电子的数量相等，∴An+nen/4O2）。（2）当只有Bm-放电时，Bm-~mOH-~mH2O~—H2关系式意义为：1个Bm-在阳极放电生成B单质，则溶液中由水补充m个OH-（另m个H+在阴极放电生成m/2个H2分子），同时消耗m个水分子，并在阳极产生m/2个H2分子（∵阴阳两极转移电子的数量相等，∴Bm--mem/2H2）。总之：分析电解应用的主要方法思路通电前：电解质溶液的电离过程(包括电解质和水的电离)离子移向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极放电阳极：金属阳极＞S2+＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞NO3＞SO42－＞F－。能力阴极：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+通电后＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。电极反应：电极反应式、总反应式电解两极现象、水的电离平衡结果离子浓度、溶液酸碱性、PH值变化等四、工业运用1、氯碱工业①原料的应用A、粗盐的成分：泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42－B、杂质的危害：生成沉淀损坏离子交换膜：得到的产品不纯。C、除杂试剂：a、BaCl2b、NaOHc、Na2CO3d、HClD、试剂加入顺序：abc过滤d或acb过滤d或bac过滤d②反应原理：2NaCl+2H2O===2NaOH+H2↑+Cl2↑③电极名称与材料：阴极(碳棒)、阳极(铁棒)④电极反应：阴极(还原反应)2H++2e=H2↑阳极(氧化反应)2Cl－+2e=Cl2↑⑤离子方程式：2Cl－+2H2O2OH－+H2↑+Cl2↑化学方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑阴极区阳极区⑥立式隔膜电解槽（市售消毒器原理）2、电镀：运用于电解精炼铜或铁表面镀铜、锌等①电镀的目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。因此镀层金属通常是一些在空气或溶液里不易起变化的金属(如铬、锌、镍、银)和合金(铜锡合金、铜锌合金等)。②阳极：镀层金属；阴极：被镀金属；电解质：含阳极材料的金属离子盐溶液③电解前后电镀液的含量不变。3、铜的电解精炼用粗铜做阳极，纯铜片做阴极，硫酸铜溶液做电解液。反应为：阴极Cu2＋＋2e－＝Cu阳极Cu－2e－＝Cu2＋在阳极上，比铜活泼的杂质金属也失去电子Zn－2e－＝Zn2＋Ni－2e－＝Ni2＋。但比铜活动性弱的金属（金、银等）沉积在阳极泥中。4、蓄电池：①蓄电池是原电池和电解池在生活中的综合应用。蓄电池的放电过程相当于原电池，负极发生氧化反应，n4m2电解电解第6页正极发生还原反应；蓄电池的充电过程相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变